基于CATIA的飛機復雜結(jié)構(gòu)件三維參數(shù)化設計①

呂超+劉學杰

摘 要：利用CATIA軟件進行三維設計在飛機結(jié)構(gòu)設計中應用廣泛，但是大部分飛機零件因為結(jié)構(gòu)復雜，設計過程更改頻繁等因素使得零件的建模過程工作量大、效率低，增加了設計人員的工作負擔。參數(shù)化設計建模方法可以實現(xiàn)使幾何模型特征與用戶設置參數(shù)關(guān)聯(lián)，從而提高飛機復雜結(jié)構(gòu)件的設計更改和設計迭效率，提高復雜結(jié)構(gòu)件模型的可讀性，是針對飛機復雜結(jié)構(gòu)件設計建模的一種有效手段。該文對飛機復雜構(gòu)件參數(shù)化設計的方法進行了分析，通過實例闡述了復雜結(jié)構(gòu)件參數(shù)化設計的一般步驟，對于復雜結(jié)構(gòu)件三維設計建模具有很好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設計 復雜結(jié)構(gòu)件 CATIA

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（b）-0003-02

飛機結(jié)構(gòu)設計中復雜結(jié)構(gòu)件的三維設計建模過程一般比較復雜，在進行設計更改時復雜的建模過程以及建模過程中產(chǎn)生的大量內(nèi)部特征交聯(lián)關(guān)系給模型更改帶來了很大困難。復雜的建模過程使得模型建模過程的可讀性差，大量內(nèi)部特征交聯(lián)關(guān)系在模型更改時出現(xiàn)交聯(lián)錯誤報告的概率大大提升，這些都使得飛機復雜結(jié)構(gòu)件在設計過程中模型更改及設計迭效率低下。

CATIA是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM一體化軟件，廣泛應用于航空航天、汽車、造船和電子設備等行業(yè)。CATIA V5三維設計軟件提供了強大的參數(shù)化設計功能，參數(shù)化設計可以很好的提高飛機復雜結(jié)構(gòu)件模型更改的效率，增強復雜構(gòu)件模型的可讀性。該文基于CATIA V5三維設計軟件，針對飛機復雜結(jié)構(gòu)件進行參數(shù)化設計建模分析，介紹參數(shù)化建模思想及方法。

1 參數(shù)化設計建模分析

參數(shù)化設計建模是將模型主要幾何特征與參數(shù)關(guān)聯(lián)，使零件特征“參數(shù)化”。“參數(shù)化”的零件更改不再基于特征命令工具來完成，只要對相應的參數(shù)進行更改即可。參數(shù)化設計建模將特征參數(shù)的變化準確、嚴格地映射到幾何模型，然后通過控制特征參數(shù)來實現(xiàn)模型幾何特征的自動更改，提高復雜結(jié)構(gòu)模型的可讀性及建模效率。該文作者通過對參數(shù)化設計的原理分析，再結(jié)合實際工作經(jīng)驗，總結(jié)出要進行飛機復雜結(jié)構(gòu)件的參數(shù)化設計前必須進行以下工作。

（1）分析明確需要參數(shù)化控制的幾何特征。

（2）根據(jù)幾何特征確定所需對應的特征參數(shù)。

（3）分析明確特征參數(shù)和幾何特征之間嚴格的映射關(guān)系。

因此，飛機復雜結(jié)構(gòu)件參數(shù)化設計建模流程應采用以下邏輯順序。

（1）零件幾何特征要素分析。

（2）建立特征參數(shù)。

（3）零件幾何體建模。

（4）特征參數(shù)與幾何特征關(guān)聯(lián)。

下面舉例說明參數(shù)化設計建模方法及過程。

2 某飛機框類零件參數(shù)化建模過程

2.1 零件特征要素分析

在零件建模前應分析零件的各特征要素，以及預期可能的更改，分析哪些幾何特征需要設立參數(shù)。以圖1零件為例，該零件是典型的飛機框類零件，該零件的主要特征有：緣條、腹板、筋條。根據(jù)設計經(jīng)驗存在的設計不確定性主要在于幾何厚度尺寸、筋條分布范圍和數(shù)量、腹板高度等方面，計劃設置參數(shù)有：外緣條厚度、上半框內(nèi)緣條厚度、上半框筋條厚度、上半框腹板厚度、上半框腹板高度、上半框筋條對稱分布角度、上半框筋條數(shù)量、下半框內(nèi)緣條厚度、下半框筋條厚度、下半框腹板厚度、下半框筋條數(shù)量。

2.2 建立特征參數(shù)

在經(jīng)過零件特征要素分析確定參數(shù)設置后，根據(jù)對應特征選擇適當類型的參數(shù)，并在CATIA軟件中建立相應的參數(shù)。使用“知識工程”工具欄中的“公式”創(chuàng)建特征參數(shù)并給相關(guān)參數(shù)賦值，如圖2。

2.3 零件幾何體建模

利用CATIA軟件完成模型幾何體建立。

幾何體建模是參數(shù)化設計過程中的重要一環(huán)，它不僅是參數(shù)化設計的載體和對象，而且?guī)缀误w模型的造型方法對參數(shù)化設計有著顯著影響，甚至有可能決定著某一幾何特征能否按原計劃實現(xiàn)參數(shù)化建模。基于CATIA的幾何特征建?？梢酝ㄟ^多種方式方法完成創(chuàng)建，但是建模過程必須考慮參數(shù)化設計的實現(xiàn)，盡量采用便于參數(shù)使用，邏輯思路簡潔清晰的方法，采用最便利的功能模塊進行。對于飛機復雜結(jié)構(gòu)件建模更是如此，涉及的幾何特征越多，造型越復雜，設立的特征參數(shù)越多，幾何體建模的思路、方式方法就顯得越關(guān)鍵。

2.4 參數(shù)與模型特征關(guān)聯(lián)

CATIA軟件允許參數(shù)之間通過函數(shù)關(guān)系進行關(guān)系互聯(lián)，對于有量綱量、無量綱量，甚至是點、線等都可以通過參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系參與飛機復雜結(jié)構(gòu)件參數(shù)化建模過程，為飛機復雜結(jié)構(gòu)件建模提供了極大的空間和便利性，有力的支持復雜幾何特征的參數(shù)化過程。

使用“知識工程”工具欄中的“公式編輯器”創(chuàng)建特征參數(shù)與對應的模型幾何特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過“知識工程”工具欄為模型幾何特征創(chuàng)建以參數(shù)為自變量的函數(shù)，關(guān)聯(lián)后特征參數(shù)與對應的模型幾何特征建立了函數(shù)映射關(guān)系，特征參數(shù)為自變量，模型幾何特征為因變量。函數(shù)關(guān)系創(chuàng)建過程如圖3。

2.5 參數(shù)化設計結(jié)果

參數(shù)與模型特征關(guān)聯(lián)后，特征參數(shù)的更改會引起模型幾何特征的相應更改，更改過程簡潔、有效。通過參數(shù)進行模型幾何特征更改效果見圖4。

3 結(jié)語

飛機復雜結(jié)構(gòu)件采用參數(shù)化設計方法可以提高設計更改效率，提高零件模型的可讀性，縮短設計建模周期，減輕設計人員建模負擔。參數(shù)化設計方法對于飛機復雜結(jié)構(gòu)件的三維設計建模具有很好的借鑒意義。

參考文獻

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